物理學(xué)家宣布室溫下量子相干性取得突破

熱量是量子不確定性的敵人。通過以有序的方式排列光吸收分子，日本的物理學(xué)家在室溫附近保持了100納秒的電子自旋的臨界狀態(tài)。

這項(xiàng)創(chuàng)新可能會(huì)對(duì)開發(fā)量子技術(shù)的進(jìn)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，這種技術(shù)不依賴于目前將粒子保持在所謂的“相干”形式所需的笨重而昂貴的冷卻設(shè)備。

與我們?cè)谌粘Ｉ钪忻枋鑫矬w的方式不同，這些物體具有顏色、位置、速度和旋轉(zhuǎn)等特性，而對(duì)物體的量子描述涉及一些不太確定的東西。在快速觀察它們的特征鎖定到位之前，我們必須將物體視為涂抹在廣闊的空間上，向不同的方向旋轉(zhuǎn)，但要采用簡(jiǎn)單的測(cè)量方法。

支配這種多種可能性的規(guī)則，稱為疊加態(tài)，為工程師提供了一整套數(shù)學(xué)技巧。這些可以用作特殊類型的計(jì)算機(jī)關(guān)鍵數(shù)字，或利用通信安全措施，甚至用于超靈敏測(cè)量和成像設(shè)備.

然而，每一次與環(huán)境的互動(dòng)都以某種方式改變了這種可能性的陰霾。在某種程度上，這很有用。量子計(jì)算機(jī)依靠糾纏粒子彼此微調(diào)它們的疊加。量子傳感器依靠疊加態(tài)與環(huán)境之間的精確相互作用來測(cè)量周圍環(huán)境。

調(diào)高溫度，晃動(dòng)的原子的碰撞和電磁的刺眼光芒很容易將粒子可能性的連貫嗡嗡聲變成一團(tuán)無用的無聊的舊電子。

如果您有足夠的資源通過設(shè)備泵送超冷液體以降低噪音，這不是一個(gè)大問題。但是，每個(gè)量子物理學(xué)家真正夢(mèng)想的是一種通過在遠(yuǎn)高于冰點(diǎn)的溫度下運(yùn)行設(shè)備來降低成本的方法。

這一壯舉已經(jīng)之前完成在由金屬制成的特殊設(shè)計(jì)的復(fù)合物中，這些金屬以疊加形式保持量子態(tài)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，使它們相對(duì)有用。

在這項(xiàng)新的突破中，研究人員利用了一種不同的材料，稱為金屬有機(jī)框架（MOF）首次。在這種結(jié)構(gòu)中，他們嵌入了稱為發(fā)色團(tuán)，吸收和發(fā)射特定波長(zhǎng)的光。

“這項(xiàng)工作中的MOF是一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)，可以密集地積累發(fā)色團(tuán)。此外，晶體內(nèi)部的納米孔使發(fā)色團(tuán)能夠旋轉(zhuǎn)，但角度非常受限。說Nobuhiro Yanai，九州大學(xué)物理學(xué)家。

當(dāng)它們這樣做時(shí)，這些發(fā)色團(tuán)中具有匹配自旋的電子對(duì)被踢入一種以疊加方式運(yùn)行的新排列中。雖然這種現(xiàn)象已經(jīng)仔細(xì)審查在太陽能電池技術(shù)中，它還沒有被用于量子傳感目的。

在由柳井領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，一組研究人員使用微波探測(cè)處于轉(zhuǎn)化狀態(tài)的電子，以證明它們可以在室溫下以疊加形式保持相干約1000億分之一秒 - 這是一個(gè)可觀的持續(xù)時(shí)間，可以通過一些微調(diào)來擴(kuò)展。

“這可以打開室溫分子的大門量子計(jì)算基于多量子門控制和各種目標(biāo)化合物的量子傳感。說柳井。

這項(xiàng)研究發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.

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